CN106769619A - 烟丝滚筒干燥加工强度判定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种烟丝滚筒干燥加工强度判定方法和系统，涉及烟丝加工领域。其中通过将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理，对热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线，根据相应的微商曲线，分别确定出对照样品和试验样品的差异度，根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。本发明通过利用热分析技术来鉴别干燥加工强度，无需对烟草进行复杂的前处理过程且不使用任何的化学试剂，系统误差和人为误差大大降低，可以自动进样并能够进行大量样本分析，极大地提高了分析检测的效率。

Description

烟丝滚筒干燥加工强度判定方法和系统

技术领域

本发明涉及烟丝加工领域，特别涉及一种烟丝滚筒干燥加工强度判定方法和系统。

背景技术

烟丝滚筒干燥是卷烟加工中的关键工序，其主要工艺任务是将烟丝干燥到适宜的水分，以满足产品卷制的要求，同时改善和提高烟丝的感官品质。作为典型的热敏性物料，烟丝干燥脱水过程中，加工强度的高低显著影响其内部的美拉德反应、挥发性成分析出等化学过程以及填充性、弹性等物理质量，进而影响其感官抽吸品质。

目前国内外针对烟丝干燥加工强度尚未进行定量描述，普遍停留在通过加工参数搭配结合感官质量的变化，通过数据结果的综合分析对加工强度进行模糊描述。加工参数的搭配主要采用高强度短时间或者低强度长时间的设计思路，但由于在烟丝温度和处理时间两者之间此消彼长下，干燥加工强度或者受热程度并没有真正体现出来。

其次，感官质量变化主要是从人们的各种感官上进行评价，比如通过视觉观察对比不同加工强度的色泽差异，或是通过味觉和嗅觉对不同加工强度样品进行评吸，但评析之前均是采用人工制备烟支，烟支克重、填充松紧度和吸阻等关键参数存在较大差异，造成感官评吸结果误判。

总的来说，上述的评价方法无法对加工强度进行客观、科学的判别，以致在实际生产过程中，无法科学、客观地指导制丝线干燥工序参数的调整和控制，同时在提高产品质量，突出产品个性化的作用也有一定的局限性。

发明内容

本发明实施例提供一种烟丝滚筒干燥加工强度判定方法和系统，通过利用热分析技术来鉴别干燥加工强度，无需对烟草进行复杂的前处理过程且不使用任何的化学试剂，系统误差和人为误差大大降低，可以自动进样并能够进行大量样本分析，极大地提高了分析检测的效率。

根据本发明的一个方面，提供一种烟丝滚筒干燥加工强度判定方法，包括：

将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理；

对热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线；

根据相应的微商曲线，分别确定出对照样品的差异度和试验样品的差异度；

根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

在一个实施例中，差异度rms为：

其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

在一个实施例中，利用公式

计算拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值。

在一个实施例中，根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度包括：

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限，则判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度，其中第二门限值大于第一门限值；

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

在一个实施例中，对照样品和试验样品均为粒径为165-198μm的颗粒。

根据本发明的另一方面，提供一种烟丝滚筒干燥加工强度判定系统，包括热失重处理模块、微分处理模块、差异度确定模块和加工强度确定模块，其中：

热失重处理模块，用于将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理；

微分处理模块，用于对热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线；

差异度确定模块，用于根据相应的微商曲线，分别确定出对照样品的差异度和试验样品的差异度；

加工强度确定模块，用于根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

在一个实施例中，差异度确定模块具体利用公式

来确定相应样品的差异度rms，其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

在一个实施例中，差异度确定模块具体利用公式

计算拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值。

在一个实施例中，加工强度确定模块在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度，其中第二门限值大于第一门限值；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

在一个实施例中，对照样品和试验样品均为粒径为165-198μm的颗粒。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明烟丝滚筒干燥加工强度判定方法一个实施例的示意图。

图2为本发明烟丝滚筒干燥加工强度判定系统一个实施例的示意图。

图3为本发明DTG曲线一个实施例的示意图。

图4为本发明DTG曲线另一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明烟丝滚筒干燥加工强度判定方法一个实施例的示意图。其中：

步骤101，将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线。

其中对照样品未经过干燥加工处理，试验样品经过了一定的干燥加工处理。

例如，在样品准备时，采集干燥前的烟丝，将烟丝在恒温恒湿(温度22℃，相对湿度50％RH)条件下干燥到含水率为12.5％作为对照样品，同时可分别取不同干燥加工强度的烟丝(含水率为12.5％)作为试验样品。将所采集的对照样品和试验样品分别研磨成粉，过筛选取粒径为165-198μm的颗粒作为测试样品，再置于温度22℃，相对湿度60％RH环境下平衡48小时后待检测。

可使用同步热分析仪(Thermal Gravimetric Analyzer，简称：TGA)对各待测样品分别进行热失重实验，以得到相应的热失重(Thermal Gravity Analysis，简称：TG)曲线，热失重曲线是指程序控温下样品质量和温度之间的变化关系。

具体步骤为：准确称取9.50mg样品平铺于同步热分析仪托盘中，从303K起，以10K·min^-1的升温速率升温至873K，实验载气：高纯氮气，载气流速：50mL·min^-1。

步骤102，对热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线。

为了使烟草热解行为更为凸显，将热重实验所获得的热失重曲线再经微分、平滑后得到各测试样品的微商(Derivative Thermogravimetric Analysis，简称：DTG)曲线，它所反映的是质量变化率与温度的关系。

步骤103，根据相应的微商曲线，分别确定出对照样品的差异度和试验样品的差异度。

可选地，最终的差异度可由均方差rms来表示，其中：

其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

例如，可利用公式

计算拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值，也就是最大峰值点。

例如，N表示在373K-873K区间TGA记录的点个数，一般设置TGA仪器每秒记录2个点，该温度区间历时50min，所以N大约为6000。

步骤104，根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

例如，可设定第一门限和第二门限，第二门限值大于第一门限值。其中，若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限，则判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度；若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

基于本发明上述实施例提供的烟丝滚筒干燥加工强度判定方法，通过利用热分析技术来鉴别干燥加工强度，无需对烟草进行复杂的前处理过程且不使用任何的化学试剂，系统误差和人为误差大大降低，可以自动进样并能够进行大量样本分析，极大地提高了分析检测的效率。

例如，通过上述处理对对照样品和试验样品进行处理，若两者最终的差异度偏差在0.5000～2.0000之间，则可将试验样品定义为干燥低加工强度；当差异度偏差在2.0000～4.0000之间，则可将试验样品定义为干燥中等加工强度；当差异度偏差在4.0000～8.0000，则可将试验样品定义为干燥高加工强度。

图2为本发明烟丝滚筒干燥加工强度判定系统一个实施例的示意图。如图2所示，该系统可包括热失重处理模块201、微分处理模块202、差异度确定模块203和加工强度确定模块204。其中：

热失重处理模块201用于将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理。

例如，对照样品和试验样品均为粒径为165-198μm的颗粒。

微分处理模块202用于对热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线。

差异度确定模块203用于根据相应的微商曲线，分别确定出对照样品的差异度和试验样品的差异度。

可选地，差异度确定模块203具体利用公式

来确定相应样品的差异度rms，其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

可选地，差异度确定模块203具体利用公式

计算拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值。

加工强度确定模块204用于根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

可选地，加工强度确定模块204在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度，其中第二门限值大于第一门限值；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

下面通过具体示例对本发明进行说明。

实施例1：

(1)选取2014年B₂F单等级烟叶作为考察对象，在烟丝干燥工序加工前进行松散回潮和切丝预处理，使切丝后烟丝含水率在18～26％。采集工序前样品作为对照样品，将烟丝在恒温恒湿(温度22℃，相对湿度50％RH)条件下自然晾干到含水率为12.4～12.6％作为对照样品。同时按表1所列的加工条件进行试验，并在工序后分别取1#、2#、3#的样品作为试验样品。将所采集的对照样品和试验样品分别研磨成粉，过筛选取粒径为165～198μm的颗粒作为测试样品，再置于温度22℃，相对湿度60％RH环境下平衡48小时后待检测。

表1

(2)在同步热分析仪上分别对对照样品及1#、2#、3#试验样品进行热失重试验。

其中，准确称取9.50mg样品平铺于同步热分析仪托盘中，从303K起，以10K·min^-1的升温速率升温至873K，实验载气：高纯氮气，载气流速：50mL·min^-1。

(3)热重实验所获得的热失重曲线经微分、平滑后得到处理后的DTG曲线，形成对照样品及1#、2#、3#试验样品的DTG曲线。DTG曲线图如图3所示。

(4)按照上述实施例给出的计算方式，分别计算对照样品与1#试验样品、2#试验样品和3#试验样品的DTG曲线的偏差。

偏差越小，则表示对照样品与试验样品越接近，即加工强度越低。反之，若偏差越大，则说明加工强度越高。表2展示了1#、2#、3#试验样品与干燥前对照样品之间的差异度偏差。

	偏差
		1#与干燥前	1.8403
2#与干燥前	3.4621
		3#与干燥前	5.8054

表2

(5)从表2中可以看出，经计算得到各干燥加工梯度试验样品到对照样品的差异度偏差，1#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在0.5000～2.0000范围内，可判定1#试验参数属于低加工强度；2#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在2.0000～4.0000范围内，可判定2#试验参数属于中等加工强度；3#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在4.0000～8.0000范围内，可判定3#试验参数属于高加工强度。

实施例2：

(1)选取2014年C₃F单等级烟叶作为考察对象，在烟丝干燥工序加工前进行松散回潮和切丝预处理，使切丝后烟丝含水率在18～22％。采集工序前样品作为对照样品，将烟丝在恒温恒湿(温度22℃，相对湿度50％RH)条件下自然晾干到含水率为12.4～12.6％作为对照样品。同时按表3所列的加工条件进行试验，并在工序后分别取4#、5#、6#的样品作为试验样品。将所采集的对照样品和试验样品分别研磨成粉，过筛选取粒径为165～198μm的颗粒作为测试样品，再置于温度22℃，相对湿度60％RH环境下平衡48小时后待检测。

表3

(2)在同步热分析仪上分别对对照样品及4#、5#、6#试验样品进行热失重试验。准确称取9.50mg样品平铺于同步热分析仪托盘中，从303K起，以10K·min^-1的升温速率升温至873K，实验载气：高纯氮气，载气流速：50mL·min^-1。

(3)热重实验所获得的热失重曲线经微分、平滑后得到处理后的DTG曲线，形成对照样品及4#、5#、6#试验样品的DTG曲线，如图4所示。

(4)分别计算工序前样品与4#试验样品、5#试验样品、与6#试验样品的差异度偏差，如表4所示。

	偏差
		4#与干燥前	2.1403
5#与干燥前	3.2062
		6#与干燥前	4.1075

表4

(5)从表4中可以看出，经计算得到各干燥加工梯度试验样品到对照样品的差异度偏差，4#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在2.0000～4.0000范围内，可判定4#试验参数属于中等加工强度；5#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在2.0000～4.0000范围内，可判定5#试验参数属于中等加工强度；6#试验样品与工序前对照样品的差异度偏差在4.0000～8.0000范围内，可判定6#试验参数属于高加工强度。

通过实施本发明，可通过利用热分析技术来鉴别干燥加工强度，无需对烟草进行复杂的前处理过程且不使用任何的化学试剂，系统误差和人为误差大大降低，可以自动进样并能够进行大量样本分析，极大地提高了分析检测的效率。从而有效改变了传统技术中对于加工强度的模糊判定方式，采用数值化表达方式，使结果更利于研究分析。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种烟丝滚筒干燥加工强度判定方法，其特征在于，包括：

将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理；

对所述热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线；

根据所述相应的微商曲线，分别确定出对照样品和试验样品的差异度；

根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

差异度rms为：

$rms\left(\%\right)={\mathrm{aS}}_N^{0.5}$

其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

利用公式

$S_N=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{{\[{(dm/dt)}_i-{(dm/dt)}_i^{av}\]}^2}{N{(dm/dt)}_{\max }^{av}}$

计算所述拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，

根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度包括：

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限，则判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度，其中第二门限值大于第一门限值；

若对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限，则判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，

对照样品和试验样品均为粒径为165-198μm的颗粒。

6.一种烟丝滚筒干燥加工强度判定系统，其特征在于，包括热失重处理模块、微分处理模块、差异度确定模块和加工强度确定模块，其中：

热失重处理模块，用于将对照样品和试验样品分别进行热失重处理，以得到相应的热失重曲线，其中对照样品未经过干燥加工处理；

微分处理模块，用于对所述热失重曲线进行微分处理，以得到相应的微商曲线；

差异度确定模块，用于根据所述相应的微商曲线，分别确定出对照样品和试验样品的差异度；

加工强度确定模块，用于根据对照样品和试验样品的差异度确定试验样品的干燥加工强度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

差异度确定模块具体利用公式

$rms\left(\%\right)={\mathrm{aS}}_N^{0.5}$

来确定相应样品的差异度rms，其中a为参数，S_N为利用相应样品的微商曲线通过最小二乘法计算得到的拟合值。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

差异度确定模块具体利用公式

$S_N=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{{\[{(dm/dt)}_i-{(dm/dt)}_i^{av}\]}^2}{N{(dm/dt)}_{\max }^{av}}$

计算所述拟合值S_N，其中N为采样点个数，(dm/dt)_i是相应样品的实验值，是相应样品的均值，为均值绝对值的最大值。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的系统，其特征在于，

加工强度确定模块在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差小于第一门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为低加工强度；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差不小于第一门限但小于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为中加工强度，其中第二门限值大于第一门限值；在对照样品的差异度和试验样品的差异度的偏差大于第二门限的情况下，判定试验样品的干燥加工强度为高加工强度。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的系统，其特征在于，

对照样品和试验样品均为粒径为165-198μm的颗粒。